Física (plan 2002) 2013-1

Quinto Semestre, Óptica

TEMARIO

A. ÓPTICA GEOMÉTRICA

1. Introducción General.
2. Óptica Gaussiana.
   1. Introducción: Límites de aplicabilidad.
   2. Rayos. Principios de Huygens y Fermat.
   3. Reflexión y refracción en superficies planas. Prismas y Espejos.
   4. Reflexión y refracción en superficies esféricas. Espejos.
   5. Lentes delgadas. Ecuación del fabricante; ecuación de Newton.
   6. Formación de imágenes.
   7. Sistemas ópticos.
   8. *Aberraciones.
3. Métodos matriciales en óptica.
   1. Traslación, reflexión y refracción.
   2. Lentes delgadas y gruesas.
   3. Sistemas ópticos.

1er Examen parcial, jueves 30 de Agosto.

B. ÓPTICA FÍSICA

B1. Óptica ondulatoria.

1. Ondas.
   1. Conceptos básicos y propiedades de las ondas. Ondas armónicas.
   2. Principio de Huygens. Rayos y superficies de onda.
   3. *Relación entre óptica geométrica y óptica ondulatoria. Ecuación Eikonal.
   4. Ecuación de onda. Ondas monocromáticas. Notación compleja y fasores.
   5. Adición de ondas de la misma frecuencia. Ondas estacionarias.
   6. Adición de ondas de frecuencias casi idénticas. Velocidad de fase y velocidad de grupo.
2. Electromagnetismo.
   1. Ecuaciones de Maxwell en vacío y en materiales.
   2. Ondas electromagnéticas en vacío. Naturaleza electromagnética de la luz.
   3. Energía y momento en el campo electromagnético. Vector de Poynting.
   4. Radiación de una partícula cargada.

3. Dispersión.
   1. Propagación de la luz en medios dieléctricos isotrópicos.
   2. Dispersión normal y anómala. Absorción.
   3. Propagación de ondas electromagnéticas en medios conductores.
   4. Comparación entre dieléctricos y conductores.
   5. *Introducción a la física de plasmas. Frecuencia del plasma.

2do. Examen Parcial, martes 25 de Septiembre.

B2. Óptica Electromagnética.

1. Polarización.
   1. Estados de polarización de una onda plana.
   2. Mecanismos físicos de polarización y elementos controladores de polarización. Ley de Malus.
   3. Representación matemática de la luz polarizada. Vectores de Jones.
   4. Representación matemática de los elementos polarizadores. Matrices de Jones.
2. Ecuaciones de Fresnel.
   1. Condiciones de frontera para los campos electromagnéticos.
   2. Medios dieléctricos.
   3. Ecuaciones de Fresnel. Coeficientes de amplitud e intensidad.
   4. Consecuencias de las condiciones de frontera. Ángulo de Brewster, cambio de fase y reflexión total interna frustrada.
   5. Ondas evanescentes e índice de refracción complejo.
3. Óptica de medios anisotrópicos.
   1. Propagación de la luz en medios cristalinos.
   2. Número de onda e índice de refracción superficial.
   3. Birrefringencia, dicroísmo, retardadores, compensadores y polarizadores.
   4. Actividad óptica.
   5. Efectos ópticos inducidos. Efectos Faraday y Kerr. Celda de Pockels.

3er Examen Parcial, martes 23 de Octubre.

B3. Interferencia y Difracción.

1. Coherencia.
   1. Teorema de Fourier. Ondas anarmónicas y paquetes de ondas.
   2. *Luz policromática.
   3. Coherencia espacial, coherencia temporal y longitud de coherencia.
2. Interferencia.
   1. Condiciones generales para observar interferencia.
   2. Interferencia por división de frente de onda. Interferómetros y sus aplicaciones.
   3. Interferencia por división de amplitud. Interferómetros, películas delgadas y sus aplicaciones.
   4. Tipo y localización de franjas.
3. Difracción.
   1. Principio de Huygens-Fresnel.
   2. Difracción de Fraunhoffer.
   3. Difracción de Fresnel.
   4. Rejillas de difracción y sus aplicaciones.

4to examen Parcial, fecha por definir.

* Temas adicionales sujetos a disponibilidad de tiempo.

PÁGINA DEL CURSO:

https://sites.google.com/site/cursodeelectromagnetismoi/

BIBLIOGRAFIA

A. Básica

1. E. Hecht, “Óptica”
2. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, “Fundamentals of Photonics”
3. M. Born, E. Wolf, “Principles of Optics”
4. J. W. Goodman, “Introduction to Fourier Optics”
5. F. L. Pedrotti, L. S. Pedrotti, “Introduction to optics”, Prentice-Hall International, 2a. Ed.

B. Complementaria

1. J. D. Jackson, “Classical Electrodynamics”

Dra. Citlali Sánchez Aké. Teoría.

Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Lab. Fotofísica.

Tel. 5622 8602 ext. 1217. E-mail: citlali.sanchez@ccadet.unam.mx

Dr. Roberto Sanginés de Castro. Discusión.

Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Lab. Sensores Ópticos y Eléctricos.

Tel. 5622 8602 ext. 1260. E-mail: roberto.sangines@ccadet.unam.mx

Leonardo Moreno Urbieta. Ayudante.

Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Lab. Fotofísica.

E-mail: sibelius@ciencias.unam.mx

REGLAS DEL CURSO

1. La calificación final estará dada por:

Tareas 30%

Exámenes 60%

Trabajo y exposición 10%

Peso de los exámenes: 1er Parcial (10%), 2do Parcial (13%), 3er Parcial (15%), 4to Parcial (22%).

2. Escala de calificaciones

6.0 £ 6 < 6.7

6.7 £ 7 < 7.6

7.6 £ 8 < 8.5

8.5 £ 9 < 9.4

9.4 £ 10

3. Habrá al menos 8 tareas, cuya fecha de entrega será fija, y 4 exámenes parciales acumulativos.

4. En la segunda semana de exámenes finales se aplicará la reposición de un examen parcial o examen final.

5. Prerrequisitos: Electromagnetismo I, Mecánica Vectorial, Geometría Analítica II, Algebra superior I, Algebra Lineal I, Cálculo Diferencial e Integral IV, Ecuaciones Diferenciales I.

6. Para aprobar el curso es necesario tener un promedio aprobatorio de exámenes parciales o aprobar el examen final. La calificación del examen final sustituirá la calificación promediada de tareas y parciales. La calificación del curso se asentará en las actas y no se aceptan renuncias después del segundo examen parcial.

7. El trabajo de Investigación se desarrollará a lo largo del semestre. Se deberá entregar informe escrito con una extensión de entre 2 a 3 cuartillas. Se presentará oralmente en una sesión especial al final del curso (segunda semana de exámenes finales). El tema seleccionado deberá ser del área de la óptica y deberá prepararse utilizando libros y/o artículos de investigación o divulgación.